Лабораторная работа № 14

ТЕМА: УГЛЕВОДЫ. МОНОСАХАРИДЫ.

Углеводы – это органические соединения состава С_n (Н₂О)_m. К ним относятся монозы, моносахариды (простые углеводы), которые по числу атомов С делятся на пентозы С₅Н₁₀О₅, гексозы С₆Н₁₂О₆, а по наличию альдегидной или кетонной группы – на альдозы и кетозы; ди- и полиозы, полисахариды (сложные углеводы). Все монозы, кроме альдегидной или кетонной групп, содержат несколько гидроксильных групп, являясь оксиальдегидами или оксикетонами. Монозы в растворе существуют в нескольких таутомерных формах. Циклические формы их называют полуацетальными. Все углеводы, имеющие в одной из таутомерных форм альдегидную группу, легко окисляются аммиачным раствором оксида серебра Ag(NH₃)₂OH или гидроксида меди Cu(OH)₂ и используются в качестве восстановителей. Наибольшее значение для человека имеют глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза, рибоза и дезоксирибоза. Монозы - это кристаллические вещества, легко растворимые в воде, сладкие на вкус.

Глюкоза широко распространена в природе, это ценный питательный и энергетический продукт, который в медицине используется для внутривенных вливаний у ослабленных больных, а также в качестве медицинских препаратов – глюконата кальция, глювенола и др.

Оборудование: пробирки, водяная баня, микроскоп, предметные стекла, стеклянные палочки.

Реактивы: 0.5%-ный р-р глюкозы, 1%-ный р-р лактозы, 1%-ный р-р сахарозы, глицерин, бромная вода, резорцин, 0,2н. NaOH, 0,2 н. AgNO₃, 2н. NH₄OH, 2 н. HCI, к.HCI, 0,5% - ный р-р фруктозы, 0,5%-ный крахмальный клейстер, 2н.H₂SO₄, к. H₂SO₄, ацетат натрия, опилки, р-р I₂ в KI, фенилгидразин солянокислый, насыщенный аммиачный р-р оксида меди – реактив Швейцера.

Студент должен знать:

1.Что химические свойства биоз определяются наличием свободного полуацеального (гликозидного) гидроксила.

2. Кольчато – цепную таутомерию.

3.Качественные реакции на биозы и полиозы.

Студент должен уметь:

1. Писать кольчато-цепную таутомерию моноз.

2. Доказывать и объяснять восстанавливающие свойства моноз.

2. Доказывать, что монозы – это полиоксикарбонильные соединения.

3. Писать уравнения основных свойств моноз.

Опыт 1. Получение глицерозы окислением глицерина. (Глицероза – это смесь глицеринового альдегида и диоксиацетона) К 3 каплям глицерина добавить 2 мл воды, разделить смесь на две пробирки: в одну добавить бромной воды до желтого окрашивания, поставить обе пробирки в водяную баню до обесцвечивания бромной воды в одной из них. К горячим растворам добавить по 3 капли NaOH и 2 капли 0,2н.CuSO₄. В пробирке с бромной водой образуется желтый, а затем красный осадок.

глицериновый альдегид диоксиацетон

Глицериновый альдегид восстанавливает медь по схеме:

красный

Опыт 2.Доказательсвтво наличия гидроксогрупп в глюкозе. К 1 капле 0, 5 %-го р-ра глюкозы добавить 6 капель 2н. NaOH и 1 каплю 0,2н.CuSO₄, образующийся голубой осадок Cu(OH)₂ растворяется, следовательно глюкоза – это многоатомный спирт и он дает сахарат меди со слабой синей окраской (хелатный комплекс). Написать схему реакции.

Опыт 3.Восстановление гидроксида меди (II) глюкозой в присутствии щелочи (Проба Троммера). К щелочному синему раствору сахарата меди добавить несколько капель воды, нагреть верхнюю часть раствора только до кипения.

Вместо глюконовой кислоты в продуктах реакции найдены глицериновая, гликолевая и муравьиная кислоты. Следовательно, при окислении в щелочной среде глюкоза расщепляется на три осколка, являющиеся сильными восстановителями: гликолевый альдегид, глицериновый и формальдегид, которые окисляются до соответствующих кислот.

Опыт 4. Открытие глюкозы со щелочным раствором глицерата меди (реактив Гайнеса). К 1 капле 0,2н.CuSO₄ добавить 2 капли 2н. NaOH, к образовавшемуся осадку гидроксида меди добавить 1 каплю глицерина - осадок растворяется, окраска темнеет, т.к. образуется хелат-

- глицерат меди. К полученному раствору добавить 1 каплю 0,5%-го раствора глюкозы и несколько капель воды, нагреть до кипения верхнюю часть р-ра. Наблюдения и выводы записать в тетрадь. Эта проба применяется для клинического определения глюкозы в моче т.к. определение происходит быстрее, чем при пробе Троммера.

Опыт 5. Восстановление аммиачного раствора оксида серебра глюкозой. К 1 капле 0.2н. AgNO₃ добавить 3-4 капли 2н. NaOH и по каплям 2н. NH₄OH до растворения осадка. Полученный прозрачный бесцветный аммиачный раствор гидроксида серебра – это реактив для реакции «серебряного зеркала». Добавить к этому реактиву 1 каплю 0,5%-го раствора глюкозы, слегка подогреть до начала побурения р-ра.

Серебро выделяется либо в виде черного осадка, либо, если пробирка была чистая – в виде блестящего зеркального налета – отсюда название.

Опыт 6. Реакция Селиванова на фруктозу. К крупинке сухого резорцина добавить 2 капли конц. HCI и 2 капли 0,5%-го раствора фруктозы, нагреть только до начала кипения. Постепенно жидкость краснеет, т.к. образуется оксиметилфурфурол, который с резорцином ает окрашенное соединение. Реакция с кетозами проходит легче, чем с альдозами

Опыт 7. Получение озазона глюкозы. К нескольким кристаллам солянокислого фенилгидразина добавить столько же ацетата натрия, а затем 2 капли 0,5%-го р-ра глюкозы, поставить пробирку в водяную баню, через 45 мин. в пробирке появляются кристаллы озазона глюкозы, имеющие форму длинных иголочек, собранных в виде снопов под микроскопом. Ацетат натрия используется для перевода хлорида фенилгидразина в легко гидролизующуюся соль- ацетат фенилгидразина.

Образование фенилозазона проходит через следующие стадии:

1. молекула фенилгидразина присоединяется к молекуле глюкозы по месту разрыва двойной связи карбонильной группы с образованием фенилгидразона, который затем теряет анилин и превращается в кето имин (оксиимин):

фенилгидразон глюкозы

кетоимин

2. при действии двух молекул фенилгидразина кетоимин превращается в фенилозазон глюкозы:

озазон глюкозы

Опыт 8. Образование фурфурола и конденсация его с анилином - качественная реакция на пентозы. В пробирку насыпать слой опилок на высоту 5 мм, смочить их смесью конц. соляной к-ты и воды в соотношении 1:1, перемешать, прокипятить. Смочить узкую полоску фильтровальной бумаги смесью 2 капель анилина и 4 капель 2н. уксусной кислоты и опустить в пробирку с кипящей смесью. Бумага окрашивается в красный цвет. При этом проходят следующие реакции:

а) содержащиеся в древесине пентозаны в кислой среде гидролизуются:

б) под действием кислоты при нагревании пентозы теряют три молекулы воды и превращаются в фурфурол:

в) фурфурол с анилином дает продукты конденсации красного цвета.

Тест :

1.При фотосинтезе глюкоза образуется из:

1. воды

2. углекислого газа

3. кислорода

4. хлорофилла

2.Пентозы- это монозы, молекулы которых содержат

а) пять атомов углерода

б) пять атомов кислорода

в) пять гидроксигрупп

г) пять атомов водорода

3. Глюкоза является

а) кетопентозой

б) кетогексозой

в) альдогексозой

г) альдопенозой

4. Фруктоза является

а) кетопентозой

б) кетогексозой

в) альдогексозой

г) альдопенозой

5. Изомерами глюкозы являются

а) манноза

б) лактоза

в) фруктоза

г) целлюлоза

6. Все природные углеводы относятся к

а) L-ряду

б) D-ряду

7. В какой группе все вещества дают реакцию « серебряного зеркала»?

а) метаналь, глюкоза, уксусная кислота

б) метановая кислота, рибоза, глицерин

в) дезоксирибоза, глюкоза, формальдегид

г) этанол, эаналь, муравьиная кислота

8. При как типе брожения глюкозы выделяется водород?

а) спиртовое

б) молочнокислое

в) маслянокислое

9. При переходе молекулы глюкозы из открытой формы в циклическую

а) изменяется число гидроксогрупп в молекуле

б) исчезает гидроксогруппа

в) изменяется молекулярная масса глюкозы

г) появляется возможность существования двух форм глюкозы

10. С какими веществами взаимодействует продукт восстановления глюкозы?

а) уксусной кислотой

б) аммиачным раствором оксида серебра

в) гидроксидом меди (II)

г) этанолом

11.С какими веществами реагирует глюкоза?

а) уксусной кислотой

б) аммиачным раствором оксида серебра

в) гидроксидом меди (II)

г) этанолом

Ответы: 1-а,б; 2-б; 3-в; 4-б; 5-а,в; 6-а; 7-в; 8-в; 9-г; 10-а,в,г; 11-а,б,в,г.

Занятие 18

Лабораторная работа №15

Тема. Ди- и полисахариды.

Полисахариды – это высокомолекулярные соединения, состоящие из

большого количества моносахаридных звеньев, связанных между собой гликозидными связями, которые расщепляются при кислотном гидролизе. Полисахариды по своему строению делятся на гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды состоят из остатков одного какого-либо моносахарида ( чаще глюкозы): крахмал, гликоген, целлюлоза. Гетерополисахариды построены из остатков различных моносахаридов и их производных. Важнейшими гетерополисахаридами являются гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, гепарин, хитин.

Полисахариды (полиозы) – это соединения, необходимые для жизнедеятельности организма, поэтому данный материал понадобится при изучении курса биохимии. Большинство полиоз имеют растительное происхождение, следовательно знание свойств этого класса соединений необходимо для успешного овладения соответствующими разделами фармакогнозии. Многие ди- и полиозы ( сахароза, лактоза, крахмал) являются вспомогательными средствами для приготовления различных лекарственных форм, поэтому усвоение данного материала облегчит усвоение курса технологии лекарственных форм

Студент должен знать:

1.Что химические свойства биоз определяются наличием свободного полуацеального (гликозидного) гидроксила.

2. Кольчато – цепную таутомерию.

3.Качественные реакции на биозы и полиозы.

Студент должен уметь:

1.Доказывать и объяснять восстанавливающие свойства углеводов.

2. Проводить гидролиз биоз и полиоз.

3. Писать кольчато-цепную таутомерию углеводов.

Оборудование: пробирки, водяная баня, микроскоп, предметные стекла, стеклянные палочки.

Реактивы: 1%-ный р-р лактозы, 1%-ный р-р сахарозы, 0,2н. CuSO_4, 0,5%-ный крахмальный клейстер, 2н.H₂SO₄, к. H₂SO₄, 2н. NаОН, 2н. HCI, ацетат натрия, опилки, р-р I₂ в KI, фенилгидразин солянокислый, насыщенный аммиачный р-р оксида меди – реактив Швейцера.

Опыт 9. Доказательство наличия гидроксогрупп в сахарозе. К 1 капле 1%-го р-ра сахарозы добавить 6 капель 2н. NаОН, 5-6 капель воды и 1 каплю 0,2н. CuSO₄ – образуется раствор сахарата меди, т.к. осадка Сu(OH)₂ нет. Сохранить раствор для следующего опыта.

Опыт 10. Отсутствие восстанавливающей способности у сахарозы. Верхнюю часть раствора сахарата меди, полученного в предыдущем опыте, осторожно нагреть в пламени горелки только до кипения, восстановления Cu(OH)₂ не происходит.

Опыт 11. Доказательство гидролиза сахарозы. К 1 капле 1%-го раствора сахарозы добавить 1 каплю 2н. HCI и 6 капель воды, нагревать 1 минуту, держа пробирку наклонно и все время встряхивая, чтобы раствор не выбросило. Раствор поделить пополам: к одной ее части добавить 6 капель 2н. NaOH и 4-5 капель воды, а затем 1 каплю 0,2н. CuSO₄, нагреть верхнюю часть раствора. Наблюдения и выводы записать в тетрадь. Объяснить, почему раствор приобрел восстанавливающую активность.

Во второй части гидролизата проделать реакцию Селиванова: добавить крупинку резорцина, 2 капли конц. HCI, нагреть до кипения - раствор окрашивается в красный цвет. На присутствие какого вещества указывает положительная проба Селиванова?

В молекуле сахарозы глюкоза и фруктоза связаны между собой гликозидной связью, которая легко разрывается и образуется эквимолярная смесь глюкозы и фруктозы – инвертный сахар, а процесс гидролиза называется инверсией (от франц. Inverse – обратный, т.к. сахароза сама до гидролиза вращает вправо [α] _D +66,5⁰, после гидролиза – влево (глюкоза [α ]_D+52,5 , фруктоза [ α ]_D - 92,4).

Опыт 12. Наличие восстанавливающей способности у лактозы (молочного сахара). К 1 капле 1%-го р-ра лактозы добавить 4 капли 2н.NaOH и 1 каплю 0,2н.CuSO₄, образующийся сверху голубой осадок Cu(OH)₂ при встряхивании растворяется, образуя синеватый раствор (доказательство наличия OH групп). Добавить в пробирку 5 капель воды, нагреть верхнюю часть раствора. Наблюдения и выводы записать в тетрадь. Лактоза при гидролизе дает D-глюкозу и D-галактозу.

Опыт 13. Открытие крахмала. Крахмал относится к полисахаридам, общая формула которых (С₆Н₁₀О₅)n, где n больше 1000, состоит из 2-х фракций – амилозы, содержащей α – 1,4-гликозидные связи и амилопектина, содержащего α -1,4- и 1,6-гликозидные связи в местах разветвления. Крахмал нерастворим в воде, но образует коллоидный раствор – крахмальный клейстер. Чтобы открыть крахмал, нужно к 5 каплям 1%-го крахмального клейстера добавить 1 каплю сильно разбавленного раствора иода – раствор окрашивается в синий цвет вследствие образования комплексного соединения адсорбционного типа. При нагревании раствор обесцвечивается, а затем при остывании цвет вновь появляется.

α- 1, 4 – глюкозидные связи

Опыт 14. Отсутствие восстанавливающей способности у крахмала.

К 1 мл крахмального клейстера добавить 2-3 капли 2н. NaOH и 1 каплю 0,1%-го раствора сульфата меди – выпадает голубой осадок Cu(OH)₂, нагреть – изменения цвета не происходит, т.к. в крахмале очень мало восстанавливающих групп.

Опыт 15. Кислотный гидролиз крахмала. К 1 капле 0,5%-го крахмального клейстера добавить 2 капли 2н. H₂SO₄, нагревать смесь на водяной бане 20 мин. Затем к 1 капле гидролизата на предметном стекле добавить 1 каплю очень разбавленного р-ра I₂ в KI. Наблюдения и выводы записать в тетрадь. К 2 каплям гидролизата добавить 6 капель 2н. NaOH и 1 каплю 0,2н. р-ра CuSO₄, взболтать, нагреть верхнюю часть р-ра. Наблюдения и выводы записать в тетрадь. Записать схему гидролиза крахмала.

Опыт 16. Ферментативный гидролиз крахмала под влиянием амилазы слюны. К 5 каплям 0,5%-го р-ра крахмального клейстера добавить такой же объем слюны, размешать. Через 2 минуты 1 каплю раствора нанести на предметное стекло, добавить 1 каплю разбавленного р-ра I₂ в KI. На что указывает отсутствие синей окраски иода? К 1 капле гидролизата добавить 5 капель 2н. NaOH и 1 каплю 0,2н. р-ра CuSO₄, взболтать, нагреть верхнюю часть р-ра. Наблюдения и выводы записать в тетрадь.

Если кислотный гидролиз требует продолжительного времени и высокой температуры, то ферментативный гидролиз под действием амилазы слюны проходит быстро при комнатной температуре.

Опыт 17. Растворение клетчатки в аммиачном растворе оксида меди (II)- реактиве Швейцера. Небольшой кусочек гигроскопической ваты поместить в пробирку, добавить к нему 6-8 капель насыщенного аммиачного раствора оксида меди, встряхивать до полного растворения ваты. К полученному вязкому раствору добавить 4 капли воды, взболтать, добавить 2 капли конц. HCI для выделения клетчатки в виде гомогенного студня.

Опыт 18. Кислотный гидролиз клетчатки ( целлюлозы). Клетчатка

(С₆Н₁₀О₅)_n, где n= 6-12 тыс. – полисахарид клеточных стенок растений, состоит из остатков β – глюкопиранозы, связанных β – 1,4- гликозидными связями, при гидролизе дает n молекул β -Д – глюкозы. Продукт гидролиза нейтрализуют, сбраживают и отгоняют этиловый «гидролизный» спирт. Написать фрагмент молекулы клетчатки и схему его гидролиза. Для гидролиза поместить в пробирку кусочек фильтровальной бумаги, добавить 3 капли конц. H₂SO₄, перемешивать до полного растворения клетчатки, можно подогреть. К полученной слабо окрашенной массе добавить 10 капель воды и поставить в водяную баню на 20 минут, а затем провести пробу Троммера на глюкозу: добавить в пробирку 8 капель 2н. NaOH, а затем 1 каплю 0,2н.

р-ра CuSO₄ – образовавшийся Cu(OH)₂ растворяется с синим окрашиванием. При нагревании верхней части р-ра он окрашивается в желтый, а затем красный цвет. Гидролиз можно выразить так:

клетчатка глюкоза

Контрольные вопросы, вопросы для самостоятельной работы

1. Классификация углеводов а) по числу атомов углерода; в) по числу углеводных остатков.

2. Написать формулы известных Вам альдопентоз, альдогексоз.

3. Проба Троммера. Восстанавливающие и невосстанавливающие углеводы.

4. Что такое гликозиды?

5. Написать формулы дисахаридов и схемы их гидролиза: сахарозы, мальтозы, лактозы, целлобиозы. Какие из них дают пробу Троммера?

6. Что такое полисахариды? Написать схемы гидролиза крахмала, целлюлозы.

7. Качественная реакция на крахмал. Гидролиз крахмала.

Литература:

1. Л.Б.Дзараева Руководство к проведению лабораторных занятий по органической химии. Владикавказ, 2011

2. Э.Т.Оганесян Органическая химия. М. «Академия», 2011.

3. Под ред. Н.А.Тюкавкиной.Органическая химия.Специальный курс.– М.: Дрофа, 2002.

Тестовые задания к работе №14, 15.

1. Мальтоза и целлобиоза отличаются:

1. наличием α – гликозидной связи у мальтозы

2. наличием β– гликозидной связи у целлобиозы

3. количеством атомов углерода

4. не отличаются

2. Восстанавливающие дисахариды реагируют с Сu(OH)₂ с образованием:

1. спирта

2. эфира

3. соли

4. кислоты

5. смеси кислот

3. Целлюлоза – это полисахарид, образующий при гидролизе:

1. α – D – глюкозу

2. β – D – глюкозу

3. α – D – фруктозу

4. α – D– галактозу

4. Реактив Фелинга с сахарозой образует:

1. сахарат

2. кислоту

3. не реагирует

4. спирт

5. При брожении полисахаридов можно получить:

1. лимонную кислоту

2. этиловый спирт

3. уксусную кислоту

4. масляную кислоту

6. Качественной реакцией на крахмал является взаимодействие:

1. с водой

2. серной кислотой

3. гидроксидом натрия

4. йодом

7. Сахароза не является восстанавливающим дисахаридом т.к. не содержит:

1. гликозидный гидроксил

2. альдегидную группу

3. ассиметрический атом углерода

4. двойные связи

8. Восстанавливающими называют дисахариды, содержащие:

1. гликозидный гидроксил

2. альдегидную группу

3. ассиметрический атом углерода

4. двойные связи

9. Лактоза при гидролизе образует:

1. маннозу

2. глюкозу

3. галактозу

4. фруктозу

10.Какие из перечисленных углеводов при гидролизе дают только

α- D-глюкозу

а) лактоза

б) целлобиоза

в) крахмал

г) мальтоза

11. Какие углеводы подвергаются гидролизу?

а) фруктоза

б) мальтоза

в) лактоза

г) рибоза

Ответы: 1-а,б; 2-г; 3-б; 4-а; 5-б,в; 6-г; 7-а; 8-а,б; 9-б,в; 10-в,г; 11-б,в.

Занятие 19